随着人类社会的飞速发展,人与人、人与物、物与物之间沟通的“物联网”正在逐步实现,作为物联网重要基础支撑的无线传感器网络技术越来越备受业界的关注。无线传感器网络中的节点具有计算、存储和通信能力差、电能不容易补给等特点,使得网络服务质量和能量有效性成为无线传感器网络技术中的研究热点。为了适应物联网迅速发展的需求,本文针对无线传感器网络中的网络服务质量和能量有效性问题,在详细总结和分析目前无线传感器网络中比较广泛关注的节能技术和高效通信技术的基础上,以建设高效、可靠和节能的无线传感器网络所需的关键技术为突破口,从软件和协议层面展开了深入的研究。本文的内容主要涉及到陆上无线传感器网络和水下无线传感器网络,横跨无线传感器网络协议中的四层——物理层、网络层、传输层和应用层。概括来讲,本文的主要贡献和内容包括：(1)提出了一种自适应无线传感器网络中,保证服务质量的同时,还可以提高能量有效性的数据包融合机制。首先,本文数据包融合机制建模为一个优化问题。针对延迟容忍的问题,为事件驱动的通信,达到节能的效果,利用提出的异步等待算法改进基于数据包融合机制。然后,本文提出了一个基于数据包融合的自适应等待算法,以改善基于延迟不容忍的语音传输,并保证服务质量。此外,本文从理论上分析了无线传感器网络的网络性能。最后,本文进行了一系列模拟仿真实验,以评估这些提出方案的性能,并与现有的在无线传感器网络中的基于数据包融合机制的性能进行比较。(2)提出了在水下传感器网络中一种新的分层多路径功率控制机制,以减少能源消耗以及稳定可靠的通信。本文首先建立了一个优化模型用以管理在整个网络的数据传输速率传输功率和控制。其目标是尽量减少能源消耗,同时保证其它性能指标。然后,本文证明这个优化问题是NP完全问题,解决了能源分布的关键问题,包括建立能源和高效的树,并进一步设计了一个启发式算法来实现优化问题的可行的解决方案。最后,大量的模拟实验来评估不同的工作条件下的网络性能。(3)提出了一种在水下传感器网络中利用汉明编码,能够提高通信可靠性和能量有效性的多路径基于段的向前纠错编码机制(MS-FEC)。在MS-FEC中,采用马尔科夫链模型建立其概率模型,计算终端总的包误码率,并根据实际要求利用总的包误码率,使用决策反馈算法,减少多路径的跳数,达到减少网络流量的效果,最终可以提高能量有效性并满足通讯的可靠性的要求。相比传统的多路径通讯,通过仿真实验结果证实,在不同误码率要求的条件下,MS-FEC可以显著减少数据包延迟,而仅仅花费20%～30%的能耗。(4)提出了一种基于AOA、RSSI和水压的3D定位策略(3D-ARP)。3D-ARP只需要一个水面已知的航标节点,采用非线性最小二乘法减少测量和非直线传播误差,直接三维定位全网节点。通过仿真实验对定位精度、定位时间和能量消耗指标的对比表明,3D-ARP能够比较有效改善这三个指标,并且使得网络布置更加简易可行。